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1、尘源控制与集气吸尘罩设计,主讲人：刘霖 二O一二年四月,目录,1 集气吸尘罩分类和工作原理,1.1集气吸尘罩分类（作用构造）,1.2集气吸尘机理 1.2.1吸入口气流 一个敞开的管口是最简单的吸气口，当吸气口吸气时，在吸气口附近形成负压，周围空气从四面八方流向吸气口，形成吸入气流或汇流。当吸气口面积较小时，可视为“点汇”。形成以吸气口为中心的径向线，和以吸气口为球心的等速球面。 由于通过每个等速面的吸气量相等，假定点汇的吸气量为Q，等速面的半径分别为r1和r2，相应的气流速度为v1和v2，则有 点汇外某一点的流速与该点至吸气口距离的平方成反比。因此设计集气吸尘罩时，应尽量减少罩口与污染源的距离
2、，以提高捕集效率。,若在吸气口的四周加上档板，吸气范围减少一半，其等速面为半球面，则吸气口吸气量为 可见，在同样距离上造成同样的吸气速度时，吸气口不设挡板的吸气量比加设档板时大1倍。因此在设计外部集气罩时，应尽量减少吸气范围，以便增强控制效果。 实际上，吸气口有一定大小，气体流动也有阻力。形成吸气区气体流动的行事面不是球面而是椭球面。 根据试验结果，吸气口气流速度分布具有以下特点： 在吸气口附近等速面近似与吸气口平行，随离吸气口距离x的增大，逐渐变成椭圆面，而在1倍吸气口直径d处已接近为球面。因此，当x/d1时可近似当作点汇；当x/d=1时，该点气流速度已大约降至吸气口以速的7.5；当x/d1
3、时，根据气流衰减规律则不同。 对于结构一定的吸气口，不论吸气口风速大小如何，其等速面形状大致相同。而吸气口结构形式不同，其气流衰减规律则不同。,1.2.2吹出气流运动规律 空气从孔口吹出，在空间形成一股气流称为吹出气流或射流。据空间界壁对射流的约束条件，射流可分为自由射流（吹向无限空间）和受限射流（吹向有限空间）；按射流内部温度的变化情况可分为等温射流和非等温射流；在设计热设备上方集气吸尘罩和吹吸式集气吸尘罩时，均要应用空气射流的基本理论。,2 集气吸尘罩设计,2.1集气吸尘罩设计原则 改善排放粉尘有害物的工艺和工作环境，尽量减少粉尘排放及危害。 吸尘罩尽量靠近污染源并将其围罩起来。形式有密闭
4、型、围罩型等。如果妨碍操作，可以将其安装在侧面，可采用风量较小的槽形式桌面型。 决定吸尘罩安装的位置和排气方向。研究粉尘发生机理，考虑飞散方向、速度和临界点，用吸尘罩对准飞散方向。如果采用侧型或上盖型吸尘罩，要使操作人员无法进入污染源与吸尘罩之间的开口处。比空气密度大的气体可在下方吸引。,决定开口周围的环境条件。一个侧面封闭的吸尘罩比开口四周全部自由开放的吸尘罩效果好。因此，应在不影响操作的情况下将四周围起来，尽量少吸入未污染的空气。 防止吸尘罩周围的紊流。如果捕集点周围的紊流对控制风速有影响，就不能提供更大的控制风速，有时这会使吸尘罩丧失正常的作用。 吹吸式（推挽式）利用喷出的力量将污染气体
5、排出。 决定控制风速。为使有害物从飞散界限的最远点流进吸尘罩开口处，而需要的最小风速被称为控制风速。,2.2密闭集气吸尘罩 2.2.1密闭罩的设计注意事项 密闭罩上通过物料的孔口设弹性材料制作的遮尘帘。 密闭罩应尽可能避免直接连接在振动或往复运动的设备机体上。 胶带机受料点采用托辊时，因受物料冲击会使胶带局部下陷，在胶带和密闭拦板之间形成缝隙，造成粉尘外逸。因此，受料点下的托辊密度应加大或改用托板。 密闭罩上受物料撞击和磨损的部分，必须用坚固的材料制作。 根据工艺操作要求，设置必要的操作孔、检修门和观察孔，门孔应严密，关闭灵活。 密闭罩上需要拆卸部分的结构应便于拆卸和安装。 正确选择密闭罩形式
6、和排风点位置，以合理地组织内气流，使罩内保持负压。 密闭罩需有一定的空间，以缓冲气流，减小正压。 操作孔、检修门应逸开气流速度较高的地点。,2.2.2密闭罩的基本形式 (1) 局部密闭罩将设备产尘地点局部密闭，工艺设备露在外面密闭罩。其容积较小，适用于产尘气流速度较小，瞬时增压不大，且集中、连续扬尘的地点，如胶带机受料点、磨机的受料口等。 (2) 整体密闭罩 将产生粉尘的设备地点大部密闭，设备的传动部分留在外面的密闭罩、其物点是密闭罩本身为独立整体，易于密闭。通过罩上的观察孔可对设备进行监视，设备传动部分的维修。可在罩外进行。这种密闭方式适用于具有振动的设备或产尘气流速度较大的产尘地点，如振动
7、筛等。 (3) 大容积密闭罩一将产生粉尘的设备或地点进行全部封闭的密闭罩。它的物点是罩内容积大，可以缓冲含尘气流，减小局部正压。通过罩上的观察孔能监视设备的运行，维修设备可在罩内进行。这种密闭方式适用于多点产尘、阵发性产生和产尘气流速度大的设备或地点，如多交料点的胶带机转点等。,2.2.3密闭罩计算 将产尘发生源密闭后，还必须从密闭罩内抽吸一定量的空气，使罩内维持一定的负压，以防污染物逸出罩外污染车间环境。 为保持罩内造成一定的负压，必须内部刊物 罩内进气和排气量的总平衡。其排气量Q3等于被吸入罩内的空气量Q1和污染源气体量Q2,但理论上计算Q1和Q2是困难的，一般是按经验公式或计算表格来计算
8、密闭罩的排风量。计算法如下： (1) 按产生污染物气体与缝隙面积计算排风量： Q33600KvAQ2 式中：K安全系数，一般取K=1.051.1； v通过缝隙或孔口的速度，一般取14m/s； A密闭罩开启孔及缝隙的总面积，m2； Q2、Q3污染源气量和总排气量，m3/h。,(2) 按截面风速计算排风量 此法常用于大容积密闭罩。一般吸气口设在密闭室的上口部，其计算式如下： =3600Av 式中：所需排风量，m3/h； 密闭罩截面积，m2； v垂直于密闭罩面的平均风速，一般取0.250.5m/s。 (3) 按换气次数计算法计算排风量该方法计算较简单，关键是换气次数确定，换气次数的多少视有害物质的浓
9、度、罩内工作情况（能见度等）而定，一般有能见度要求时换气次数应增多，否则可少。其计算式如下： 3600V 式中：排风量，m3/h； n换气次数，当20m3时，取=7； 密闭罩容积，m3。,2.2.4密闭罩的结构 密闭罩的材料和结构形式应坚固耐用，严密性好，卸折方便。由小型型钢和薄钢板等组成的凹槽盖板适合于做成装配式结构。对于较小的密闭罩可全部采用凹槽盖板；对大型密闭罩为便于生产设备的检修，可局部采用凹槽盖板。 凹槽盖板密闭罩由许多装配单元组成，各单元的几何形状（矩形、梯形、弧形等）按实际需要决定，每个单元的边长不宜超过1.5m。每个单元由凹槽框架、密闭盖、压紧装置和密封填料等构件组成。,2.3
10、柜式集气吸尘罩 2.3.1设计注意事项 柜式罩排风效果与工作口截面上风速的均匀性有关。设计要求柜口风速不小于平均风速的80；当柜内同时产生热量时，为防止含尘气体由工作口上缘逸出，应在柜上抽气；当柜内无热量产生时，可在下部抽风。此时工作口截面上的任何一点风速不宜大于平均风速的10，下部排风口紧靠工人台面。 柜式罩安装活动拉门，但不得使拉门将孔口完成关闭。图3-18为常用的几种柜式罩的形式。 柜式罩一般设在车间内或试验室，罩口气流容易受到环境的干扰，通常按推荐入口速度的计算出的排风量，再乘以1.1的安全系数。 柜式罩不宜设在来往频繁的地段，窗口或门的附近。防止横向气流干扰。当不可能设置单独排风系统
11、时，每个系统连接的柜式罩不应过多。最好单独设置排风系统，避免互相影响。,2.3.2柜式罩排风量的计算 =3600vAVB 式中：排量量，m3/h； v工作口截面处平均吸气速度，m/s； 泄漏安全系数，一般取1.051.10，若有活动设备，经常需拆卸时，可取1.52.0； A工作口、观察孔及其他也口的总面积，m2； VB产生的有害物容积，m3。 2.3.3柜式罩的排风形式 (1) 下部排风柜式罩当通风柜内无发热体，且产生的有害气体密度比空气大选用。 (2) 上部排风柜式罩当通风柜内产生有害气体密度比空气小，或通风柜内有发热体时选用。 (3) 上、下联合排风柜式罩当通风柜内既有发热体，又产生密度大
12、小不等的有害气体时选用，应在柜内上、下部均设置排气点，并装设调节阀，以便调节上、下部排风量的比例。,2.4外部集气吸尘罩设计 当有害物源不能密闭或围挡起来时，可以设置外部集气吸尘罩，它是利用罩口的吸气作用将距吸气口有一定距离的有害物吸入罩内。实际的罩口趴有一定的面积，为了了解吸气的气流流动规律，可以假想罩口为一个吸气点，即点汇吸气口，然后推广到实际罩口（圆形或矩形）的吸气气流流动规律。根据这些规律就可以确定外部罩的排风量。 外部罩结构简单，制造方便，可分为上吸式和侧吸式两类。由于吸气罩的形状大都和伞相似，所以这类罩简称伞形罩。 采用伞形罩时，应考虑工艺设备的安装高度，室内横向气流的干扰因素，必
13、要时也可采取围档、回转、升降及其他改进措施。,2.4.1外部集气吸尘罩的设计注意事项 在不妨碍工艺操作的前提下，罩口应尽可能靠近污染物发生源。尽可能避免横向气流干扰。 在排风罩口四周增设法兰边，可使排风量减少。在一般情况下，法兰边宽度为150200mm。 集气吸尘罩的扩张角对罩口的速度分布及罩内压力损失有较大影响。 当罩口尺寸较大，难以满足上述要求时，应采取适当的措施。例如把一个大排风罩分隔成若干个小排风罩；在罩内设挡板；在罩口中设条缝口中，要求条缝口处风速在10m/s以上，而静压箱内风速不超过条缝的速度的1/2；在罩口设气流分布板。以便确保集气吸尘罩的效果。,2.4.2外部集气吸尘罩的排风量
14、 有了外部罩的几何尺寸及罩口中吸气速度就可以很方便地求得外部罩的排风量。排风量可用下式计算； =v0F 式中：吸气罩的排风量，m3/h； v0罩口中的吸气平均速度，m/s； F罩口面积，m2。 吸尘罩的结构、吸入气流速度分布、罩口力损失的变化，都会影响排风量。计算排风量的关键是确定x和vx，x为控制点至罩口听距离。控制点是指有污染源至罩口最远的点这里vx称为控制风速，也就是食品卫生粉尘能被全部及入罩内，在控制点上必须具有的吸入速度。控制风速可通过现场实测确定，如果缺少实际数据，可参考下表选取。,控制点控制风速vx,2.4.3冷过程伞形罩 为了避免横向气流的影响，罩口尽可能靠近尘源，通常罩口距尘
15、源的距离H以小于或等于0.3A为宜（A为罩口噬边尺寸）。为保证排气效果，罩口尺寸应大于尘源的平面投影尺寸： A=a+0.8H B=b+0.8H D=d+0.8H 式中：a、b有尘物源泉长、宽，m； A、B罩口的长、宽，m； H罩口距尘物源的距离，m； d圆形尘源直径，m； D罩口直径，m。,为保证罩口中吸气均匀，伞形罩的开口通常为90120。为减小吸气范围，减少吸气量，伞形罩四周应尽可能设挡板，挡板可以在罩口听一边、两边及三边上设置，挡板越多，吸气范围越小，排气效果越好。 伞形罩推荐采用下式计算 =KCHv0 式中：排风量，m3/s； C尘源的周长，m，当罩口有挡板时，C为未设挡板部分的有尘源
16、的周长； v0 罩口中平均流速，m/s； K取决于伞形罩几何尺寸的系数，通常取K=1.4。,2.4.4热过伞形罩 热过程伞形罩根据罩口距污染源的高度的大小可分为两类，当高度等于或大于1.5（F为热源水平投影面积）时，称作高悬罩。当高度小于1.5或小于1m时，称为低悬罩。 (1) 高悬伞形罩的设计计算热过程伞形罩排除的是热气流，热气流以射流方向上流动，在向上流动过程中不断地卷入周围空气，流量越来越大，射流断面也越来越大，形成圆锥体，该圆锥体的锥顶称为假想热点源。图3-29所示为高悬伞形罩的工作示意图。图中d表示圆形热源的直径。如果是矩形热源泉，d为边长或宽，“O”点即为假想热点源。热点源“O”至罩口距离为（HZ）处的热射流直径Dc为：,2.5吹吸式集气吸尘罩 2.5.1吹吸式集气吸尘罩的形式 吹吸罩需要考虑到吸气口吸气速度衰减很快，而吹气气流形成的气幕作用的距离较长的特点，在槽面的一侧设喷口喷出所，而另一侧为
